基于STM32的汽車防撞報警系統設計

王虎　楊啟正

摘 要：設計了一種以STM32微控制器為核心的汽車防撞報警系統。從STM32微控制器模塊、紅外線發射模塊、紅外線接收模塊等方面描述該系統的總體設計方案，并且分析了系統軟件的實現方法。該系統具有實用性強、穩定性好、精度高等優點。

關鍵詞：STM32微控制器;防撞;紅外線

1 引言

近年來，隨著電子工業與智能制造的快速發展，汽車工業發展迅猛，智能化水平越來越高。汽車的安全設計問題一直都備受消費者的關注，因此，汽車智能防撞系統成為汽車制造企業研究的重點。造成交通事故的原因有很多，客觀方面有天氣惡劣、道路環境等影響，而主觀方面有疲勞駕駛、車距的錯判、強行超車等等。為了減少交通事故，智能防撞報警系統在汽車當中的應用勢在必行。

本文所研究的汽車防撞報警系統是根據紅外線測距的基本原理，通過發射波與反射波的時間隔來判斷目標物的距離，當汽車與目標物的距離小于警戒距離和危險距離時，報警系統發出不同的信號，從而提醒司機做出不同的反應。

2 汽車防撞報警系統總體設計

本系統主要由以下幾個部分組成：STM32微控制器模塊、紅外線測距模塊、時間比例放大電路、顯示模塊、聲光報警電路、時鐘電路等。汽車防撞報警系統的結構框圖如圖1所示。

汽車防撞報警系統啟動時，由STM32微控制器產生PWM（脈寬調制）脈沖信號。同時為了增大紅外線在遠程發射時的功率，在紅外線發射端，采用MOSFET驅動器來進行驅動。當紅外線遇到障礙物時，會發生反射，并由紅外光電二極管接收反射回來的紅外線脈沖信號，經過紅外線接收電路處理后輸入到STM32控制器進行數據運算。當汽車與障礙物的距離等于或小于設定的警戒距離時啟動聲光報警;當汽車與障礙物的距離等于或小于危險距離時則啟動自動剎車裝置。

3 硬件電路設計

3.1 STM32微控制器模塊

STM32F103x系列采用的是32位高性能ARM Cortex-M3處理器，內置高達20KB的SRAM以及128KB的FLASH，具有豐富的增強型I/O端口，內部集成了大量的主流外設部件，如獨立看門狗（IWDG）、窗口看門狗（WWDG）、USB、串行外設接口（SPI）、I2C接口、控制器局域網（bxCAN）、通用同步異步收發器（USART）、通用定時器、PWM定時器、ADC等等。豐富的內部外設資源，使得STM32F103微控制器大量應用于不同領域：汽車電子領域、智能儀表、醫療設備、工業控制、家用電器等。

3.2 紅外發射模塊

紅外線發射電路的主要組成部分有：單穩態觸發器SN74LS221、驅動器EL7104、紅外線發射管SPL-LL90-3等。通過STM32微控制器產生PWM（脈寬調制）脈沖信號，作為芯片SN74LS221的輸入信號，并通過調整電阻R1和電容C3的值，使芯片SN74LS221的輸出端產生脈寬為40ns，頻率為25kHz的脈沖信號。紅外線發射電路模塊如圖2所示。

3.3 紅外接收模塊

紅外接收電路的工作原理：反射回來的紅外信號由光電二極管AD500-8進行接收，并轉換成電信號，由于該信號比較微弱，需要通過前置放大電路進行一級放大。放大后的信號常常包含有噪聲干擾信號，由放大器OP07中的帶通濾波器進行濾波去噪。濾波處理后的信號不直接輸入STM32處理器，還需要通過比較器LM339進行處理，以提高信噪比。紅外接收電路模塊如圖3所示。

4 系統軟件設計

汽車防撞報警系統流程圖如圖4所示，系統的具體工作過程如下：當系統上電，首先進行初始化處理，然后由紅外發射模塊發出紅外線，如果在一定范圍內沒有障礙，紅外發射模塊將持續發射紅外信號;當紅外信號遇到障礙時，就會發生反射，由紅外接收模塊接收，通過計算紅外信號往返的時間，可得到障礙物的距離，并進行顯示;當障礙物的距離小于設定的危險距離時，將觸發聲光報警電路。

5 汽車防撞報警系統性能評測

為了驗證該汽車防撞報警系統的可行性與實用性，對系統進行了性能測試。由于車輛在行駛當中與障礙物之間的距離是不斷變化的，因此進行測試時需要選取多個位置的障礙物進行測距。在測試的過程中選取了8個位置作為障礙點，并分別設置了0.1M、0.5M兩個危險距離。在測試汽車防撞報警系統的過程中，實驗小車以不同的速度靠近障礙物，分別記錄小車與障礙物的距離，并記錄成表1。

測試結果表明，本系統在不同的位置上，測量結果與實際距離誤差較小，探測靈敏度較高，并且當小車與障礙物的距離小于危險距離時能快速的啟動聲光報警裝置，滿足了本系統的設計要求。

基金項目：湖南省教育廳高等學校科研項目（17C0592）。

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